一种短时强降雨预报方法及系统技术方案

本申请涉及一种短时强降雨预报方法及系统。所述方法包括：步骤a：读取雷达基数据，并对所述雷达基数据进行雷达回波质量控制处理；步骤b：根据所述雷达回波质量控制处理后的雷达基数据构建基于Fleet约束光流法的预报系统；步骤c：根据所述基于Fleet约束光流法的预报系统构建基于Fleet约束光流法的识别追踪系统，进行数据的解析和Fleet光流法产品的生成和输出。本申请通过建设一种全新的基于Fleet约束光流法的预报系统，解决对局地生成及降雨云团强度和形状随时间变化很快的回波外推预报问题，提升短时强降雨天气的临近预报系统性能。

A short time heavy rainfall forecasting method and system

The application relates to a short-term heavy rainfall forecasting method and system. The method comprises: step a: reading the radar-based data and processing the radar-based data for radar echo quality control; step b: constructing a prediction system based on the Fleet constrained optical flow method according to the radar-based data after the radar-based echo quality control processing; step c: according to the Pre-processing Based on the Fleet constrained optical flow method. The newspaper system constructs a recognition and tracking system based on Fleet constrained optical flow method, analyzes the data and generates and outputs Fleet optical flow products. A new Fleet-based constrained optical flow forecasting system is proposed to solve the problem of echo extrapolation forecasting for local formation and precipitation cloud intensity and shape changing rapidly with time, and to improve the performance of the short-term strong rainfall forecasting system.

【技术实现步骤摘要】
一种短时强降雨预报方法及系统
本申请属于气象服务
，特别涉及一种短时强降雨预报方法及系统。
技术介绍
短时强降雨是一种强对流天气，指的是3小时内某地降雨量超过30毫米。短时强降雨具有突发性强、来势猛、降水时间集中等特点，由于降水强度大、时间集中，短时强降雨常常会造成城市积涝、山体滑坡等气象衍生灾害，严重影响城市运行，甚至威胁生命。短时强降雨天气往往来去匆匆，用常规的气象预报手段预报效果较差，提前24小时进行天气预报的难度很大，同时由于目前模式误差、资料同化等造成数值模式在初始几小时的不稳定，使得数值模式的短时临近预报与需求还存在着明显差距，尤其是强雨天气的自动识别、落区预报预警能力较低。以深圳为例，深圳是中国重要的海陆空交通枢纽城市，是中国南部海滨城市，毗邻香港。由于特殊的地理位置，深圳市常常面对诸如季风、台风带来的暴雨、大风、强海浪等突发性天气事件，直接影响着城市公共设施安全和人民群众的财产和生命安全。精确及时的精细化气象预报保障服务，这种需求驱动着精细化天气预报的快速发展。而且各类国内外大型体育赛事、展览、会议等重大社会公众活动在深圳频繁举行，这些都对城市天气预报尤其是降雨预报的精细化程度提出了新的要求。深圳东西狭长，南北界最窄处仅相距10公里左右，而东西海岸线长达230公里，气象要素时空分布极不均匀，气象灾害往往具有突发性强、局地分布不均匀且易致灾的特点，“东边日出西边雨”的情况时常出现。根据历史资料统计，深圳历年最多雨量与最少雨量的地区平均差异高达1000mm。这些剧烈天气常导致严重的损失，如强降水造成城市内涝、危险边坡滑坡等灾害；台风造成的大风、暴雨也会引发地质灾害，造成大面积的水浸。要准确预报降水区域和具体影响时间，难度很大，也一直是气象工作者研究热点和难点。相比暴雨而言，从预报角度看，层状云造成的大范围暴雨天气相对来说落区更好报一些，而短时强降水预报一直都是难题，因为其落区常常是一个个分散的点，预报员只知道大致的某一片区域会出现分散性短时强降水，但具体出现在哪个点，很难做出准确预报。但是短时强降雨造成的危害尤其大，在山区和我国西南、西北地区，由于水土条件不好，极易发生山洪、滑坡、泥石流等灾害，而这些灾害大多由短时强降水引发。目前国内外对流临近预报自动外推技术主要包括三类：单体质心法、交叉相关法和光流法。美国在1990年代就开发出了交叉相关法预报雷达回波，我国在2008年前后交叉相关法开始应用于短临预报。单体质心法是将雷暴视为三维单体进行识别、分析、追踪，对雷暴进行拟合外推来做临近预报。交叉相关法利用求雷达回波最优空间相关的方法，在二维区域内通过计算连续时次雷达回波不同区域的最优空间相关系数，来确定回波在过去的移动矢量特征，建立不同时次雷达回波的最佳拟合关系，从而达到追踪一定区域内雷达回波在过去的移动特征，然后通过这些回波移动特征来外推回波未来的位置和形状。使用交叉相关算法的主要优势在于它的计算方法比较简单，与单体质心法只能用于对流降水系统相比，交叉相关法既可以跟踪对流降水系统，也可以追踪层状云降水。因此，交叉相关法在气象业务部门得到广泛使用。但在日常业务使用中发现在对局地生成及强度和形状随时间变化很快的降水回波，交叉相关法给出的运动矢量场的质量降低，跟踪失败的情况会显著增加。交叉相关法有先天缺陷，需要引入新的方法。因此，有必要对0-3小时短时强降雨的预报技术进行更有针对性的、深入的研究，发展适合天气系变化剧烈的短时强降雨天气新的临近外推预报方法，以满足0-3小时客观的降雨预报的精细化需求。
技术实现思路
本申请提供了一种短时强降雨预报方法及系统，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：一种短时强降雨预报方法，包括以下步骤：步骤a：读取雷达基数据，并对所述雷达基数据进行雷达回波质量控制处理；步骤b：根据所述雷达回波质量控制处理后的雷达基数据构建基于Fleet约束光流法的预报系统；步骤c：根据所述基于Fleet约束光流法的预报系统构建基于Fleet约束光流法的识别追踪系统，进行数据的解析和Fleet光流法产品的生成和输出。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述对雷达基数据进行雷达回波质量控制处理具体包括加权的高斯滤波、形态分析膨胀算法、形态分析侵蚀算法、雷达数据的背景减除和雷达数据正则化处理。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述基于Fleet约束光流法包括Fleet后向差分外推、Fleet平流外推、交叉相关后向差分和交叉相关拉格朗日平流外推；所述Fleet约束光流法的具体算法包括：步骤b1：根据FleetandJepson图像部件的运动计算及估计理论，求解雷达实况场的复杂反褶积；步骤b2：应用色彩点噪声场映射到光流场的核心算法，进行动态色彩的光流场，以及2D和3D动态色彩映射，将光流场动态影射到带有三个坐标轴的6通道基本色彩空间；步骤b3：应用光流场转化为基于色彩点噪声格式的核心算法，进行不同格式的二维光流场的二维显示；步骤b4：雷达回波实况的中值滤波。本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述Fleet光流法产品的生成和输出具体包括：步骤c1：生成基于Fleet约束光流法的雷达回波外推产品，并将其输出保存；步骤c2：结合卡尔曼滤波和CRESSMAN客观分析，生成基于Fleet光流法的QPE产品，并将其输出保存；步骤c3：结合卡尔曼滤波和CRESSMAN客观分析，生成基于Fleet光流法的QPF产品，并将其输出保存；步骤c4：生成基于Fleet约束光流法的QPF产品与交叉相关QPF的对比检验产品，并将其输出保存。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述步骤c后还包括：综合运用GIS技术、信息可视化技术，基于WEBGIS构建基于Fleet约束光流法的产品综合展示系统，进行所述Fleet光流法产品的综合展示；并以所述生成的Fleet光流法产品作为集合成员，分别采用平均法、相关法和Rank法计算短临集合降水概率预报结果，将所述短临集合降水概率预报结果在系统平台上进行综合展示。本申请实施例采取的另一技术方案为：一种短时强降雨预报系统，包括：基于Fleet约束光流法预报系统构建模块：用于读取雷达基数据，对所述雷达基数据进行雷达回波质量控制处理，并根据所述雷达回波质量控制处理后的雷达基数据构建基于Fleet约束光流法的预报系统；基于Fleet约束光流法识别追踪系统构建模块：用于根据所述基于Fleet约束光流法的预报系统构建基于Fleet约束光流法的识别追踪系统，进行数据的解析和Fleet光流法产品的生成和输出。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述基于Fleet约束光流法预报系统构建模块对雷达基数据进行雷达回波质量控制处理具体包括加权的高斯滤波、形态分析膨胀算法、形态分析侵蚀算法、雷达数据的背景减除和雷达数据正则化处理。本申请实施例采取的技术方案还包括：所述基于Fleet约束光流法包括Fleet后向差分外推、Fleet平流外推、交叉相关后向差分和交叉相关拉格朗日平流外推；所述Fleet约束光流法的具体算法包括：根据FleetandJepson图像部件的运动计算及估计理论，求解雷达实况场的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短时强降雨预报方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：读取雷达基数据，并对所述雷达基数据进行雷达回波质量控制处理；步骤b：根据所述雷达回波质量控制处理后的雷达基数据构建基于Fleet约束光流法的预报系统；步骤c：根据所述基于Fleet约束光流法的预报系统构建基于Fleet约束光流法的识别追踪系统，进行数据的解析和Fleet光流法产品的生成和输出。

【技术特征摘要】
1.一种短时强降雨预报方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：读取雷达基数据，并对所述雷达基数据进行雷达回波质量控制处理；步骤b：根据所述雷达回波质量控制处理后的雷达基数据构建基于Fleet约束光流法的预报系统；步骤c：根据所述基于Fleet约束光流法的预报系统构建基于Fleet约束光流法的识别追踪系统，进行数据的解析和Fleet光流法产品的生成和输出。2.根据权利要求1所述的短时强降雨预报方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述对雷达基数据进行雷达回波质量控制处理具体包括加权的高斯滤波、形态分析膨胀算法、形态分析侵蚀算法、雷达数据的背景减除和雷达数据正则化处理。3.根据权利要求1或2所述的短时强降雨预报方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述基于Fleet约束光流法包括Fleet后向差分外推、Fleet平流外推、交叉相关后向差分和交叉相关拉格朗日平流外推；所述Fleet约束光流法的具体算法包括：步骤b1：根据FleetandJepson图像部件的运动计算及估计理论，求解雷达实况场的复杂反褶积；步骤b2：应用色彩点噪声场映射到光流场的核心算法，进行动态色彩的光流场，以及2D和3D动态色彩映射，将光流场动态影射到带有三个坐标轴的6通道基本色彩空间；步骤b3：应用光流场转化为基于色彩点噪声格式的核心算法，进行不同格式的二维光流场的二维显示；步骤b4：雷达回波实况的中值滤波。4.根据权利要求3所述的短时强降雨预报方法，其特征在于，在所述步骤c中，所述Fleet光流法产品的生成和输出具体包括：步骤c1：生成基于Fleet约束光流法的雷达回波外推产品，并将其输出保存；步骤c2：结合卡尔曼滤波和CRESSMAN客观分析，生成基于Fleet光流法的QPE产品，并将其输出保存；步骤c3：结合卡尔曼滤波和CRESSMAN客观分析，生成基于Fleet光流法的QPF产品，并将其输出保存；步骤c4：生成基于Fleet约束光流法的QPF产品与交叉相关QPF的对比检验产品，并将其输出保存。5.根据权利要求4所述的短时强降雨预报方法，其特征在于，所述步骤c后还包括：综合运用GIS技术、信息可视化技术，基于WEBGIS构建基于Fleet约束光流法的产品综合展示系统，进行所述Fleet光流法产品的综合展示；并以所述生成的Fleet光流法产品作为集合成员，分别采用平均法、相关法和Rank法计算短临集合降水概率预报结果，将所述短临集合降水概率预报结果在系统平台上进行综合展示。6.一种短时强降雨预报系统，其特征在于，包括：基于F...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文海，张海强，陈林锋，
申请(专利权)人：深圳市雅码科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44